毛主席纪念堂位于天安门广场人民英雄纪念碑南面。1977年5月落成，占地57 000多平方米，总建筑面积为28 000平方米。主体呈正方形，外有44根福建黄色花岗石建筑的明柱，柱间装有广州石湾花饰陶板，通体青岛花岗石贴面。屋顶有两层玻璃飞檐，檐间镶葵花浮雕。基座有两层平台，台帮全部用四川大渡河旁的枣红色花岗石砌成，四周环以房山汉白玉万年青花饰栏杆。南、北门台阶中间又各有两条汉白玉垂带，上面雕刻着葵花、万年青、腊梅、青松图案。
纪念堂对外开放厅室主要有：
北大厅。正中是毛泽东汉白玉坐像，总高345米。背景是一幅《祖国大地》绒绣，宽2374米，高66米。大厅里4根方柱的柱体是江苏无锡奶油红大理石，柱端采用天山白色大理石作衬托，地面铺杭州灰色大理石，天花板上装110盏玻璃葵花灯。
瞻仰厅。正中间的水晶棺中安放着毛泽东遗体。毛泽东身着灰色中山装，覆盖着中国共产党党旗。水晶棺基座用泰山黑色花岗石制成，棺座四周分别镶着金饰党徽、国徽、军徽和毛泽东的生卒年份，水晶棺周围是君子兰和玻璃栏杆。大厅正面的汉白玉墙面上镶着17个镏金隶书大字“伟大的领袖和导师毛泽东主席永垂不朽”。
毛泽东、周恩来、刘少奇、朱德、邓小平、陈云同志革命业绩纪念室。通过大批文物、文献、图片、书信，反映了六位领导人在创建中国共产党、缔造人民军队、创建中华人民共和国、领导社会主义建设等方面的丰功伟绩。
电影厅。在二楼电影厅，可观看纪录片《怀念》。这部20分钟的影片，采用浓缩的手法和生动的画面，展示了毛泽东、周恩来、刘少奇、朱德、邓小平、陈云这一革命领袖群体为中国人民的解放事业和社会主义建设事业所建立的丰功伟绩，再现了他们同人民群众在一起的感人场面。
南大厅是出口大厅。大理石墙面上镌刻着毛泽东诗词《满江红》和郭沫若手迹，字体全部是银胎镏金。下边摆着10盆五针松，花盆用云南特有的绿色彩花大理石制成，并利用它的天然纹理磨制成韶山、井冈山、金沙江、大渡河、雪山、草地、延安、长城等图景。
纪念堂四周是以苍松翠柏为主的绿化带。树种有北京油松、青岛雪松、桧松和白皮松；还有36株房山红果树，13株延安青松。北门和南门外的东西两侧各有一组长15米、高35米的群雕。
邓小平、陈云同志革命业绩纪念室是为纪念中国共产党建党80周年，经中央批准在毛主席纪念堂增设的。同时对1983年建成的毛泽东、周恩来、刘少奇、朱德同志革命业绩纪念室的陈列内容和形式进行调整和补充，使纪念堂成为缅怀以毛泽东、周恩来、刘少奇、朱德、邓小平、陈云为代表的老一辈无产阶级革命家革命业绩的重要场所，成为对广大人民群众特别是青少年进行革命传统教育、爱国主义教育和社会主义教育的重要基地。
据统计，6个纪念室共陈列文物102件、图片490张、文献224件，在陈列形式上采用了较先进的制作材料和制作工艺。每个纪念室都增设了等离子超薄电视和电子资料触摸屏，可播放展现伟人风采的资料片，调阅反映伟人思想、风范的格言。
毛主席纪念堂增设纪念室工程和调整布展内容的工作是从1999年7月开始的。新增和调整后的毛主席纪念堂6个纪念室已于2001年7月1日正式开放。